特開 2024-159088 冷却構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159088

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】冷却構造

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/30 20060101AFI20241031BHJP

   B23K 11/36 20060101ALI20241031BHJP

   B23K 11/11 20060101ALN20241031BHJP

【ＦＩ】

B23K11/30

B23K11/36 310

B23K11/11

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074853

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(72)【発明者】

【氏名】森田 智也

【テーマコード（参考）】

4E165

【Ｆターム（参考）】

4E165BB22

(57)【要約】

【課題】簡単な構成で電極チップを効果的に冷却できる冷却構造を提供する。
【解決手段】溶接機の電極チップに電流を供給する管状のシャンクと、前記シャンクの内部に配置された冷媒管とを備え、前記冷媒管は、前記冷媒管の外周面と前記シャンクの内周面との隙間に冷媒を供給する開口部と、前記開口部から離れた位置で局所的に内径が大きくなった膨出部とを備え、前記膨出部は、前記膨出部以外の部分に比べて変形性に優れる、冷却構造。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接機の電極チップに電流を供給する管状のシャンクと、
前記シャンクの内部に配置された冷媒管とを備え、
前記冷媒管は、
前記冷媒管の外周面と前記シャンクの内周面との隙間に冷媒を供給する開口部と、
前記開口部から離れた位置で局所的に内径が大きくなった膨出部とを備え、
前記膨出部は、前記膨出部以外の部分に比べて変形性に優れる、
冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接機の電極チップを冷却する冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１および特許文献２は、スポット溶接機における電極チップを冷却する冷却構造を開示する。冷却構造は、電極チップを支持する管状のシャンクと、シャンクの内部に配置される冷媒管とを備える。冷媒管の端部からシャンク内に供給された冷却水は、冷媒管の外周面とシャンクの内周面との隙間を通ってシャンク外に排出される。冷却水は電極チップを冷却する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２－１３３１７９号公報

【特許文献2】実開平３－７０８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

溶接機は通常、溶接対象を挟み込む二つの電極チップと、二つの電極チップに電力を供給するトランスとを備える。二つの電極チップは、通電によって高温になる。これら電極チップのそれぞれに冷却構造が配置されている。このような構成において、例えば電極チップの温度が高くなり過ぎると、電極チップが損傷したり、溶接された箇所の品質が低下したりする恐れがある。従って、冷却構造において、電極チップの温度に応じて冷媒の流量を調整する構成が望まれている。しかし、電極チップの温度を測定する温度センサを配置して、温度センサの測定結果に基づいて冷媒の流量を調整すると、冷却構造が複雑化し、冷却構造のコストが増加する。

【0005】

本発明の目的の一つは、簡単な構成で電極チップを効果的に冷却できる冷却構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る冷却構造は、
溶接機の電極チップに電流を供給する管状のシャンクと、
前記シャンクの内部に配置された冷媒管とを備え、
前記冷媒管は、
前記冷媒管の外周面と前記シャンクの内周面との隙間に冷媒を供給する開口部と、
前記開口部から離れた位置で局所的に内径が大きくなった膨出部とを備え、
前記膨出部は、前記膨出部以外の部分に比べて変形性に優れる。

【発明の効果】

【0007】

上記冷却構造では、シャンクを介して電極チップに電流が供給される。電極チップに供給される電流値が大きくなるほど、電極チップの温度が上昇し易い。上記冷却構造では、シャンクに沿った方向に電流が流れると、シャンクの中心軸を周回する磁場が発生する。その結果、フレミングの左手の法則に従って、シャンクの中心軸に向かう求心力が発生する。この求心力はシャンクの内部に配置される冷媒管にも作用する。上記冷却構造における冷媒管は、変形し易い膨出部を有しており、この膨出部は、上記中心軸に向かう求心力によって縮径する。その際、膨出部に貯留された冷媒が開口部から吐き出され、電極チップが冷却される。このように、上記冷却機構では、変形し易い膨出部によって電極チップを効果的に冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態１に記載される溶接機の概略構成図である。

【図2】図２は、図１の溶接機の使用状態を説明する説明図である。

【図3】図３は、実施形態１に記載される冷却構造の概略説明図である。

【図4】図４は、図３に示される冷却構造の膨出部の一例を示す概略構成図である。

【図5】図５は、溶接時における電極への電流値の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の冷却構造の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。各図面が示す部材の大きさは、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法を表すものではない。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0010】

＜実施形態１＞
図１に示される溶接機１は、スポット溶接を行う溶接機１である。この溶接機１は、二つの電極２，３とトランス４と供給管６と排出管７とを備える。電極２，３の先端には電極チップ２０，３０が配置されている。電極チップ２０，３０は、溶接機１の使用時に高温となる高温部１０である。トランス４は、電極チップ２０，３０に電力を供給する。トランス４も溶接機１の使用時に高温になる高温部１０である。図１では供給管６と排出管７は太線矢印で示されている。供給管６は各高温部１０に冷媒を供給する。供給管６は、主管６０と、主管６０から分岐する複数の分岐管６１，６２，６３とを備える。分岐管６１と分岐管６２と分岐管６３はそれぞれ、トランス４と電極２と電極３につながっている。排出管７は、各高温部１０を冷却した冷媒を排出する。排出管７は、複数の分岐管７１，７２，７３と、集合管７０とを備える。分岐管７１と分岐管７２と分岐管７３はそれぞれ、トランス４と電極２と電極３につながっている。各分岐管７１，７２，７３の冷媒は集合管７０に流れ込み、集合管７０を通って溶接機１の外部に排出される。主管６０と集合管７０は図示しない冷却装置につながれている。集合管７０から排出された冷媒は、冷却装置によって冷やされ、再び主管６０から高温部１０に向けて供給される。つまり、冷媒は、溶接機１と冷却装置との間を循環している。

【0011】

図２に示されるように、溶接機１によって溶接対象１００を溶接する場合、例えば電極２と電極３との間に溶接対象１００を挟み込む。本例の溶接対象１００は２枚の板材によって構成されている。溶接対象１００を挟む電極２と電極３とに直流電流を印加することで、電極２の電極チップ２０と電極３の電極チップ３０（図１参照）とで挟まれる箇所が部分的に溶融し、２枚の板材が溶接される。本例では、下向きの細線矢印で示されるように、電極２から電極３に向かって電流が流される。本例とは異なり、電流の向きは電極３から電極２に向かう方向でも良い。また、電極２と電極３とに流される電流は交流電流でも良い。

【0012】

溶接機１による溶接時、電極チップ２０，３０は上述した冷媒によって冷却されている。しかし、電極２，３に流される電流値が大きくなると、電極チップ２０，３０が高温になり過ぎる場合がある。その場合、溶接対象１００が損傷したり、電極チップ２０，３０が損傷したりする恐れがある。本例では、電極チップ２０，３０が高温となり過ぎないように、電極チップ２０，３０を効果的に冷却する冷却構造５（図３）が電極２，３に適用されている。

【0013】

本例の冷却構造５では、電極チップ２０，３０の冷却のために、図２に示される電極２，３の軸線に向かう求心力Ｆが利用されている。この求心力Ｆは、電極２，３に流れる電流に起因する力である。既に述べたように、電極２，３には、電極２，３の軸線に沿った方向に電流が流れる。その結果、電極２，３の軸線を周回する磁場Ｂが発生すると共に、フレミングの左手の法則によって軸線に直交しかつ軸線に向かう方向に求心力Ｆが発生する。電極２，３に流れる電流値が大きくなるほど、求心力Ｆは大きくなる。この求心力Ｆの方向は、電極２，３を流れる電流の向きが反対になっても変化しない。すなわち、電極２，３の軸線に沿った方向に電流が流れれば、電極２，３の軸線に直交しかつ軸線に向かう求心力Ｆが発生する。本例の冷却構造５は、この求心力Ｆを利用して冷媒の流量を可変としている。以下、本例の冷却構造５を説明する。

【0014】

図３は、冷却構造５を備える電極２の部分断面図である。図３の左図は、電極２に電流が流れていないか、または電流値がそれほど大きくないときにおける冷却構造５による冷却状態を示す。図３の右図は、電極２に流れる電流値が大きくなったときの冷却構造５による冷却状態を示す。

【0015】

冷却構造５は、管状のシャンク８と、管状の冷媒管９とを備える。本例のシャンク８は、電極チップ２０を支持する。シャンク８は、電極チップ２０によって封止される第一端８１を備える。つまり、電極チップ２０の一部が、シャンク８の第一端８１を封止する封止部８２として機能する。本例のシャンク８は直管であるが、曲管であっても良い。

【0016】

シャンク８は導電性の材料によって構成されている。導電性の材料は例えば金属である。本例のシャンク８は、銅とクロムの合金によって構成されている。ここで、シャンク８の第一端８１に支持される電極チップ２０も導電性の材料、たとえば銅とクロムの合金によって構成されている。

【0017】

冷媒管９は、シャンク８の内部に配置される。冷媒管９は、封止部８２に向き合う開口部９１を備える。冷媒管９は、図１の分岐管６２につながっている。太破線の矢印で示されるように分岐管６２から冷媒管９に供給された冷媒は、開口部９１から封止部８２に向かって吐出される。冷媒は、封止部８２を含む電極チップ２０を冷却する。開口部９１から供給された冷媒は、太線矢印で示されるように、冷媒管９の外周面９０とシャンク８の内周面８０との隙間５０を通って、電極２外に排出される。隙間５０は、図１の分岐管７２につながっている。

【0018】

冷媒管９における少なくとも開口部９１から離れた部分には、局所的に内径が大きくなった膨出部９４が形成されている。本例では、膨出部９４以外の部分を本体部９３と呼ぶ。膨出部９４は複数であっても良い。この場合、冷媒管９の長さに沿った方向に複数の膨出部９４が分散して配置される。

【0019】

膨出部９４は、膨出部９４以外の本体部９３に比べて変形性に優れる。この膨出部９４は、図２に示される求心力Ｆの大きさに応じて変形可能なように構成されている。図３の左図に示されるように、シャンク８に流される電流がそれほど大きくない場合、冷媒管９の内部を流れる冷媒の圧力によって膨出部９４は膨らんだ状態になっている。図１の供給管６における冷媒の流量が変化しない限り、冷媒管９の開口部９１から吐出される冷媒の流量はほぼ一定である。この状態から、電極２に流れる電流値の増加に伴って求心力Ｆが強くなると、膨出部９４の外径と内径が小さくなるように膨出部９４が縮径する。膨出部９４が縮径すると、膨出部９４の内部の冷媒が絞り出されるように開口部９１に送り出される。そのため、開口部９１から吐出される冷媒の流量が瞬間的に増加し、電極チップ２０を冷却する冷却性能が瞬間的に上昇する。スポット溶接の場合、電極２，３への通電はごく短時間であるため、冷媒の流量の増加が瞬間的なものであっても、電極チップ２０，３０の冷却性能を向上させることができる。そのため、電極チップ２０の温度が高くなり過ぎることが効果的に抑制される。電流値が小さくなる、あるいは電極２，３への通電が停止すると、冷媒の圧力によって膨出部９４が本体部９３よりも膨らむ。

【0020】

変形性に優れる膨出部９４は例えば、本体部９３を構成する材料よりも弾性変形能が大きい材料によって構成されている。例えば、本体部９３がナイロン、膨出部９４がゴムによって構成されていても良い。膨出部９４は導電性材料の薄膜、例えば金属膜によって構成されていても良い。この場合、求心力Ｆ（図２）によって膨出部９４は縮径するが、本体部９３はほとんど変形しない。

【0021】

膨出部９４は、本体部９３と同じ材料によって構成されていても良い。その場合、膨出部９４の厚さは、本体部９３の厚さよりも薄くする。本体部９３よりも薄い膨出部９４は、本体部９３に比べて変形し易い。膨出部９４を構成する材料は、導電性の材料でも良いし、導電性を有さない材料でも良い。

【0022】

膨出部９４の別の構成を図４に基づいて説明する。図４に示される膨出部９４は、柔軟性を有する管状部９５と、編目構造を有する筒状の骨格部９６とを備える。管状部９５は例えばソフトビニル系樹脂などの柔軟性を有する樹脂製のシートによって構成されている。骨格部９６は例えば金属などの導電性部材によって構成されている。本例の骨格部９６の形状はステント形状である。骨格部９６の形状は金網形状でも良い。骨格部９６は、管状部９５の外周に接着していても良いし、管状部９５の内周に接着していても良いし、管状部９５の内部に埋め込まれていても良い。

【0023】

導電性を有する骨格部９６は、フレミングの左手の法則に従う求心力Ｆの影響を受け易い。従って、骨格部９６を有する膨出部９４は、求心力Ｆによって縮径し易い。特に、ステント形状を有する骨格部９６は、求心力Ｆによって縮径し易く、求心力Ｆが小さくなったときに拡径し易い。骨格部９６は、その形状によって変形のし易さを調整し易い。骨格部９６を有する膨出部９４では、骨格部９６の各骨格の太さを調整することで、膨出部９４の変形能を調整することができる。

【0024】

本例の冷却構造５では、冷媒の温度を測定する温度センサも、温度センサの測定結果に基づいて電極２における冷媒の流量を局所的に増減する機構も必要としない。また、本例の冷却構造５の構成によれば、既存の冷却構造の冷媒管を、本例の冷媒管９に置換することで、本例の冷却構造５と同様の効果を得られる可能性がある。

【0025】

管状部９５が金属製のシートで構成され、骨格部９６が樹脂によって構成されていても良い。この場合、管状部９５が求心力Ｆによって縮径する。

【0026】

≪その他≫
溶接機１の電極２，３への通電は段階的に行っても良い。溶接時に電極２，３に流れる電流値を階段状に大きくすることで、溶接対象１００と電極チップ２０への急激な通電に伴う損傷が抑制される。

【0027】

図５は、溶接時に電極２，３に通電する電流値Ｉを階段状に増加させたときの電流値Ｉの変化を示すグラフである。横軸は時間ｔ、縦軸は電流値Ｉである。この例では、電流値Ｉを３段階に分けて増加させている。この場合、電流値Ｉが最も高くなる瞬間に冷媒の流量が増加するように構成されていることが好ましい。具体的には、１段階目の電流値Ｉと２段階目の電流値Ｉによって発生する求心力Ｆでは膨出部９４が変形せず、３段階目の電流値Ｉによって発生する求心力Ｆによって膨出部９４が縮径するように、膨出部９４を構成する。例えば、図４に示す骨格部９６を有する膨出部９４では、骨格部９６の各骨格の太さを調節することで、電流値Ｉが３段階目に達したときに膨出部９４が縮径するようにすることができる。

【符号の説明】

【0028】

１ 溶接機
１０ 高温部
２，３ 電極
２０，３０ 電極チップ
４ トランス
５ 冷却構造
５０ 隙間
６ 供給管
６０ 主管、６１，６２，６３ 分岐管
７ 排出管
７０ 集合管、７１，７２，７３ 分岐管
８ シャンク
８０ 内周面、８１ 第一端、８２ 封止部
９ 冷媒管
９０ 外周面、９１ 開口部
９３ 本体部、９４ 膨出部、９５ 管状部、９６ 骨格部
１００ 溶接対象
Ｂ 磁場
Ｆ 求心力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】